最大熵原理(the principle of maximum entropy)起源于信息论和统计力学,是基于有限的已知信息对未知分布进行无偏推断的一种数学方法。这一方法在很多领域都有成功应用,但只是近几年才被应用到生态学研究中,并且还存在很多争论。我们...最大熵原理(the principle of maximum entropy)起源于信息论和统计力学,是基于有限的已知信息对未知分布进行无偏推断的一种数学方法。这一方法在很多领域都有成功应用,但只是近几年才被应用到生态学研究中,并且还存在很多争论。我们从基本概念和方法出发,用掷骰子的例子阐明了最大熵原理的概念,并提出运用最大熵原理解决问题需要遵从的步骤。最大熵原理在生态学中的应用主要包括以下方面:(1)用群落水平功能性状的平均值作为约束条件来预测群落物种相对多度的模型;(2)基于气候、海拔、植被等环境因子构建物种地理分布的生态位模型;(3)对物种多度分布、种-面积关系等宏生态学格局的推断;(4)对物种相互作用的推断;(5)对食物网度分布的研究等等。最后我们综合分析了最大熵原理在生态学应用中所存在的争议,包括相应模型的有效性、可靠性等方面,介绍了一些对最大熵原理预测能力及其局限性的检验结果,强调了生态学家应用最大熵原理需要注意的问题,比如先验分布的选择、约束条件的设置等等。在物种相互作用、宏生态学格局等方面对最大熵原理更广泛的讨论与应用可能会给生态学带来新的发展机会。展开更多
薇甘菊(Mikania micrantha H B K.)是一种危害极大的外来入侵农林杂草。为了预测薇甘菊在中国的适生区,该文运用预设预测规则的遗传算法(genetic algorithm for rule-set production,GARP)和最大熵(Maximum Entropy,MaxEnt)模型对薇甘...薇甘菊(Mikania micrantha H B K.)是一种危害极大的外来入侵农林杂草。为了预测薇甘菊在中国的适生区,该文运用预设预测规则的遗传算法(genetic algorithm for rule-set production,GARP)和最大熵(Maximum Entropy,MaxEnt)模型对薇甘菊在中国的适生区进行预测,并运用受试者工作曲线(receiver operating characteristic,ROC)分析方法对2种模型的预测结果进行分析,选出最优模型进行预测,同时对环境变量进行刀切法分析,判断环境变量对薇甘菊分布的影响。结果表明,GARP和MaxEnt模型ROC曲线下面的面积AUC(area under the ROC curve)均值分别为0.910和0.971,MaxEnt模型的AUC值更大,预测结果更准确,运行速度更快,更适合用于薇甘菊的适生区预测;对环境变量进行刀切法表明,海拔和季节性降水量方差对薇甘菊的分布影响最小,年温变化范围、年降水量、最湿月份降水量、最湿季度降水量、温度变化方差这5个环境变量对薇甘菊适生区预测影响最大;预测结果显示薇甘菊在中国大陆的适生区主要集中在海南、广东、广西、香港、澳门、云南、福建、西藏、贵州等省,其中西藏东南部和西南部、贵州西南部、福建中南部等地区应该加强监测及预警。展开更多
物种分布模型是物种研究和保护者常用的工具.不同模型的预测结果可能相差很大,对研究者选择模型造成一定的难度.本研究使用大熊猫的实际分布数据评估了两种常见物种分布模型Biomod2和最大熵模型(MaxEnt)的表现,运用ROC曲线下面积(area u...物种分布模型是物种研究和保护者常用的工具.不同模型的预测结果可能相差很大,对研究者选择模型造成一定的难度.本研究使用大熊猫的实际分布数据评估了两种常见物种分布模型Biomod2和最大熵模型(MaxEnt)的表现,运用ROC曲线下面积(area under the curve,AUC)、真实技巧统计值(true skill statistics,TSS)、KAPPA统计量3种指标综合评估了两种模型预测结果的准确度.结果表明:当使用的物种分布数据和模拟重复次数足够多的时候,两者都能够给出相当准确的预测.相对于MaxEnt,Biomod2的预测准确度更高,尤其是在物种分布点稀少的情况下.然而,Biomod2使用难度较大,运行时间较长,数据处理能力有限.研究者应基于对预测结果的误差要求来选择模型.在误差要求明确且两个模型都能满足误差要求时,建议使用MaxEnt,否则应优先考虑使用Biomod2.展开更多
文摘最大熵原理(the principle of maximum entropy)起源于信息论和统计力学,是基于有限的已知信息对未知分布进行无偏推断的一种数学方法。这一方法在很多领域都有成功应用,但只是近几年才被应用到生态学研究中,并且还存在很多争论。我们从基本概念和方法出发,用掷骰子的例子阐明了最大熵原理的概念,并提出运用最大熵原理解决问题需要遵从的步骤。最大熵原理在生态学中的应用主要包括以下方面:(1)用群落水平功能性状的平均值作为约束条件来预测群落物种相对多度的模型;(2)基于气候、海拔、植被等环境因子构建物种地理分布的生态位模型;(3)对物种多度分布、种-面积关系等宏生态学格局的推断;(4)对物种相互作用的推断;(5)对食物网度分布的研究等等。最后我们综合分析了最大熵原理在生态学应用中所存在的争议,包括相应模型的有效性、可靠性等方面,介绍了一些对最大熵原理预测能力及其局限性的检验结果,强调了生态学家应用最大熵原理需要注意的问题,比如先验分布的选择、约束条件的设置等等。在物种相互作用、宏生态学格局等方面对最大熵原理更广泛的讨论与应用可能会给生态学带来新的发展机会。
文摘薇甘菊(Mikania micrantha H B K.)是一种危害极大的外来入侵农林杂草。为了预测薇甘菊在中国的适生区,该文运用预设预测规则的遗传算法(genetic algorithm for rule-set production,GARP)和最大熵(Maximum Entropy,MaxEnt)模型对薇甘菊在中国的适生区进行预测,并运用受试者工作曲线(receiver operating characteristic,ROC)分析方法对2种模型的预测结果进行分析,选出最优模型进行预测,同时对环境变量进行刀切法分析,判断环境变量对薇甘菊分布的影响。结果表明,GARP和MaxEnt模型ROC曲线下面的面积AUC(area under the ROC curve)均值分别为0.910和0.971,MaxEnt模型的AUC值更大,预测结果更准确,运行速度更快,更适合用于薇甘菊的适生区预测;对环境变量进行刀切法表明,海拔和季节性降水量方差对薇甘菊的分布影响最小,年温变化范围、年降水量、最湿月份降水量、最湿季度降水量、温度变化方差这5个环境变量对薇甘菊适生区预测影响最大;预测结果显示薇甘菊在中国大陆的适生区主要集中在海南、广东、广西、香港、澳门、云南、福建、西藏、贵州等省,其中西藏东南部和西南部、贵州西南部、福建中南部等地区应该加强监测及预警。
文摘物种分布模型是物种研究和保护者常用的工具.不同模型的预测结果可能相差很大,对研究者选择模型造成一定的难度.本研究使用大熊猫的实际分布数据评估了两种常见物种分布模型Biomod2和最大熵模型(MaxEnt)的表现,运用ROC曲线下面积(area under the curve,AUC)、真实技巧统计值(true skill statistics,TSS)、KAPPA统计量3种指标综合评估了两种模型预测结果的准确度.结果表明:当使用的物种分布数据和模拟重复次数足够多的时候,两者都能够给出相当准确的预测.相对于MaxEnt,Biomod2的预测准确度更高,尤其是在物种分布点稀少的情况下.然而,Biomod2使用难度较大,运行时间较长,数据处理能力有限.研究者应基于对预测结果的误差要求来选择模型.在误差要求明确且两个模型都能满足误差要求时,建议使用MaxEnt,否则应优先考虑使用Biomod2.
基金supported by National Basic Research Program of China (973 Program,2002CB111405)the National Nature Science Foundation ofChina (30471162, 30671394)the National Key Technologies Research and Development Program of China(2006BAD08A13)~~
